CN109634245A - 用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，包括无人值守人工智能控制系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统及污泥综合干化处理子系统；所述无人值守人工智能控制系统包括中央神经网络控制主机，以及分别与所述无人值守人工智能控制系统连接的3D虚拟人机交互子系统、网络状智能传感器网络、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、机电综合控制子系统和工作机器人子系统；所述中央神经网络控制主机通过所述机电综合控制系统和所述工作机器人子系统对整个污泥的脱水和干化处理进行全程无人化值守控制，当所述监控预警子系统检测到异常状态时，向所述中央神经网络控制主机发出报警信号。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体的说，涉及了一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统。
背景技术
目前，我国污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧四种方式，占比分别为73%、16.9%、6.7%、3.4%。其中污泥填埋为最主要处理方式。而这种落后的手段，直接造成了污泥增量和“二次污染”，对生态环境产生了严重威胁。目前现有技术中也有部分污泥处理，但均需提供热源，耗能高。而且目前所用的生产工艺系统，均为常规的自动化系统，在生产过程中，仍然是需要工人值守，因此自动化程度不高，且工作效率也受限。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，包括无人值守人工智能控制系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统及污泥综合干化处理子系统；所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统、所述污泥综合干化处理子系统依次连接；所述无人值守人工智能控制系统包括中央神经网络控制主机、网络状智能传感器网络、以及分别与所述中央神经网络控制主机连接的3D虚拟人机交互子系统、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、机电综合控制子系统和工作机器人子系统；所述网格状智能传感器网络与所述计算机感官处理子系统连接； 所述机电综合控制子系统分别连接工作机器人子系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统以及污泥综合干化处理子系统；所述3D虚拟人机交互子系统用于实现3D虚拟控制场景下的人机自然交互；所述中央神经网络控制主机通过计算机感官处理子系统，对由所述网格状智能传感器网络采集到的所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统以及所述污泥综合干化处理子系统运行过程中的状态数据进行人工智能运算监测，根据运算监测结果，通过所述机电综合控制系统和所述工作机器人子系统对整个污泥的脱水和干化处理进行全程无人化值守控制，当所述监控预警子系统检测到异常状态时，向所述中央神经网络控制主机发出报警信号。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明在系统中加入智能仓储维修子系统和工作机器人子系统两套全新系统，首次全面将工业机器人（包括agv小车、仿生机器人、多自由度机械操作臂机器人等）替代人力运用在污水污泥干化处理上，实现整套系统中的物料运输、设备巡检维保、紧急事件处理、设备操作等，全面替代人力，将现有污泥处理系统技术装备水平从工业自动化全面提升到工业智能化，具有污泥无害化处理效率和生产安全可靠性高、运行经济效果好等优点，可广泛用于生活污水、皮革、造纸、化工等污水处理领域的处理过程智能控制。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，
包括无人值守人工智能控制系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统及污泥综合干化处理子系统；
所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统、所述污泥综合干化处理子系统依次连接；
所述无人值守人工智能控制系统包括中央神经网络控制主机、网络状智能传感器网络、以及分别与所述中央神经网络控制主机连接的3D虚拟人机交互子系统、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、智能仓储维修子系统、机电综合控制子系统和工作机器人子系统；
所述网格状智能传感器网络与所述计算机感官处理子系统连接；
所述机电综合控制子系统分别连接工作机器人子系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统以及污泥综合干化处理子系统；
所述3D虚拟人机交互子系统用于实现3D虚拟控制场景下的人机自然交互；
所述中央神经网络控制主机通过计算机感官处理子系统，对由所述网格状智能传感器网络采集到的所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统以及所述污泥综合干化处理子系统运行过程中的状态数据进行人工智能运算监测，根据运算监测结果，通过所述机电综合控制系统、智能仓储维修子系统和所述工作机器人子系统对整个污泥的脱水和干化处理进行全程无人化值守控制，当所述监控预警子系统检测到异常状态时，向所述中央神经网络控制主机发出报警信号。
具体的，所述中央网络神经控制主机作为整套系统的智能中枢，通过人工智能神经网络以及深度学习的运算，对整套系统中的各个子系统进行模拟人脑操作的统一调度控制，从而实现整套系统从工业自动化到工业智能化控制的根本革新。通过在高性能PC服务器上运行人工网络神经算法实现机器深度学习，并配合机器专家系统，实现具有类人思维能力的人工智能体，可与人进行自然语言交流，并具备强大的运算存储能力，具有决策能力，可在整套设备的运行过程中，根据设备运行状态以及处理效果，自动进行工艺操作优化，并在出现紧急事件下，通过专家系统中设置的处理预案，快速对系统中各个子系统进行调度控制，迅速将紧急事件化解掉，保证整套系统安全可靠运行。
当操作员介入系统进行人工干预操作时，所述3D虚拟人机交互子系统分为沉浸式操作和开放式操作，在沉浸式操作中，操作员佩戴3D虚拟现实头戴式显示设备、虚拟现实数据反馈头套、虚拟现实数据反馈手套；3D虚拟人机交互主机将整套处理系统中各个子系统所拥有的设备以及工作场地3D造型虚拟化，并将网络状智能传感器网络、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、智能仓储维修子系统、机电综合供给子系统的运行状态数据经过数据运算整合到一起，实时推送到操作者佩戴的佩戴3D虚拟现实头戴式显示设备的显示屏上，操作者就可以在操作区原地对整个系统设备进行手动控制、设备巡检、紧急情况故障处理等，同时3D虚拟人机交互主机通过中央神经网络控制主机的协调控制，可以和工作机器人子系统进行控制连接，操作者可以通过佩戴的虚拟现实数据反馈头套和虚拟现实数据反馈手套的反馈功能，通过工业机器人配备的压力传感器、声音传感器、温度传感器，实现对现场设备环境的实时动态感知，进而实现精细化控制。
而在开放式操作中，3D虚拟人机交互主机通过立体全息投影设备，将整个系统中的设备的外形以及运行状态以3D虚拟全息影像呈现在操作者的面前，并通过体感图像跟踪设备捕捉操作者的手势动作，可实现对整个系统设备3D虚拟全息影像进行拖拉、缩放、翻页操作，通过3D虚拟人家交互主机通过中央神经网络控制主机的协调控制，可以连接电综合控制子系统进行控制数据信息传输，使操作者通过手势动作来控制污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统、污泥综合干化处理子系统的具体设备；另外操作者可以通过3D虚拟人机交互子系统中的人机自然语言交互设备的语言处理控制功能，实现操作的语音操作指令的识别和反馈，并通过3D虚拟人机交互主机对人机自然语言交互设备接收到的操作者的语音控制指令进行信息处理，传输给中央神经网络控制主机，再由中央神经网络控制主机协调控制，实现对网络状智能传感器网络、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、智能仓储维修子系统、机电综合控制子系统、工作机器人子系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统、污泥综合干化处理子系统的运行状态查询和设备的操控。
所述机电综合控制子系统包括机电综合控制主机、智能设备控制调度设备、智能型交直流逆变设备、智能后备电源包、自备燃油发电机组和智能无线充电装置；所述智能型交直流逆变设备，用以对输入的交流电根据用电设备类型变换出不同电压的直流电和不同频率的交流电，满足设备动力对电源的不同需求；所述智能后备电源包用于当外部动力电中断后，系统中关键子系统以及设备的无缝供电，避免故障和设备损坏；所述自备燃油发电机组用于在外部动力供电中断后，提供正常生产运转电力需求；所述智能无线充电装置用于对AGV无人运输车、仿生型机器人和网络化传感器网络中的无源型传感器进行非接触式充电；
所述机电综合控制主机是机电综合控制子系统的控制调度中枢，直接对本子系统内的其他设备进行监控和管理调度控制，根据所述中央神经网络主机下达的工艺控制指令，控制所述智能设备控制调度设备对所述污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统、污泥综合干化处理子系统中的机电设备进行电气控制操作，包括泵阀的开闭和压滤设备的开闭等，实现污泥干化的机电控制。
所述网格状智能传感器网络包括传感器网络协调主机、智能双线型传感器，各个子系统按照网格方式布局，所述智能双线型传感器布局到各个子系统的各个部位，包括用于温度、湿度、空气质量、可燃气体、压力、流量、PH值、氧含量、声压和图像监测的传感器，通过低功耗有线和无线传输方式，将采集到的各个子系统实时的运行状态数据及信息传递给所述传感器网络协调主机进行数据整理处理和存储。
所述计算机感官处理子系统包括计算机感官处理主机和信息数据预处理器，所述信息数据预处理器对来自传感器网络协调主机传送过来的各个子系统实时的运行状态数据及信息进行数据预处理；所述计算机感官处理主机对所述信息数据预处理器处理后的数据信息进行人工智能算法运算，转换成可由所述中央神经网络控制主机进行处理的机器听觉、触觉、视觉和嗅觉信息。
所述工作机器人子系统，在中央神经网络主机的统一调度控制下，用于替代人力，在智能仓储维修子系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统、污泥综合干化处理子系统中进行设备运输、物料运输、设备巡检维保、紧急事件处理、设备操作等工作。
所述工作机器人子系统包括工作机器人控制调度主机、AGV无人搬运车、巡检机器人和多自由度操作臂作业机器人；所述AGV无人搬运车，用于对设备及物料进行指定地点的运输；所述巡检机器人包括仿生型机器人和自主控制旋翼飞行机器人；所述仿生型机器人包括用于充水后的输水管道以及储水罐体的巡检的鱼型仿生机器人，以及用于无水状态下的水管道和储水罐体以及电气线路的巡检的蛇形仿生机器人；所述自动控制旋翼飞行机器人用于对整个系统场地的空中巡检，并且自带用于管道泄漏破损和异常过热故障检测的高清晰图像传感器和红外传感器；所述多自由度操作臂作业机器人包括有多自由度操作机械臂，用于设备操作、拆装和维保工作；所述机器人控制调度主机，对系统中的AGV无人搬运车、仿生型巡检机器人和多自由度操作臂作业机器人进行任务调度指令的下达和工作状态的实时监控。
所述智能仓储维修子系统智能仓储控制主机、智能维修操作平台和智能立体仓库；所述智能维修操作平台包括电动升降平台、4自由度多功能机械臂、自动转换工具库、视觉图像识别器，用以对待维修设备的识别辨认、拆装和维修保养工作；所述智能立体仓库包括有设备放置架、设备堆放机、调度控制主机，用以实现对所用设备备件以及替换件的自动出入库管理；所述智能仓储控制主机，控制连接所述智能维修操作平台和所述智能立体仓库。所述智能仓储控制主机，在所述中央神经网络主机的控制调度下，可与所述3D虚拟人机交互子系统以及所述工作机器人子系统并行工作，实现操作员通过3D虚拟人机交互子系统，人工介入智能仓储维修子系统操作控制，实现对整套系统设备维保、拆装的人工干预。
所述污泥预处理子系统包括拦污栅、污泥泵、污泥储池、污泥调理池、调理药剂储罐、计量泵、电动搅拌机和管道滤水器；所述污泥深度处理子系统包括管道混合器、污泥处理缓冲罐、深度处理药剂罐、污泥泵和计量泵；所述污泥综合干化子系统包括高压污泥泵、高压压滤机、高压空气站、高压水站、真空负压站和卸料传输机。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：
包括无人值守人工智能控制系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统及污泥综合干化处理子系统；
所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统、所述污泥综合干化处理子系统依次连接；
所述无人值守人工智能控制系统包括中央神经网络控制主机、网络状智能传感器网络、以及分别与所述中央神经网络控制主机连接的3D虚拟人机交互子系统、计算机感官处理子系统、监控预警子系统、机电综合控制子系统和工作机器人子系统；
所述网格状智能传感器网络与所述计算机感官处理子系统连接；
所述机电综合控制子系统分别连接工作机器人子系统、污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统以及污泥综合干化处理子系统；
所述3D虚拟人机交互子系统用于实现3D虚拟控制场景下的人机自然交互；
所述中央神经网络控制主机通过计算机感官处理子系统，对由所述网格状智能传感器网络采集到的所述污泥预处理子系统、所述污泥深度处理子系统以及所述污泥综合干化处理子系统运行过程中的状态数据进行人工智能运算监测，根据运算监测结果，通过所述机电综合控制系统和所述工作机器人子系统对整个污泥的脱水和干化处理进行全程无人化值守控制，当所述监控预警子系统检测到异常状态时，向所述中央神经网络控制主机发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述3D虚拟人机交互子系统包括3D虚拟人机交互主机，用于沉浸式操作的3D虚拟现实头戴式显示设备、虚拟现实数据反馈头套、虚拟现实数据反馈手套，以及用于开放式操作立体全息投影设备、体感图像跟踪设备和人机自然语言交互设备。
3.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述机电综合控制子系统包括机电综合控制主机、智能设备控制调度设备、智能型交直流逆变设备、智能后备电源包、自备燃油发电机组和智能无线充电装置；
所述智能型交直流逆变设备，用以对输入的交流电根据用电设备类型变换出不同电压的直流电和不同频率的交流电；
所述智能后备电源包用于当外部动力电中断后，系统中关键子系统以及设备的无缝供电；
所述自备燃油发电机组用于在外部动力供电中断后，提供正常生产运转电力需求；
所述智能无线充电装置用于对系统中的无源型传感器进行非接触式充电；
所述机电综合控制主机是机电综合控制子系统的控制调度中枢，直接对本子系统内的其他设备进行监控和管理调度控制，根据所述中央神经网络主机下达的工艺控制指令，控制所述智能设备控制调度设备对所述污泥预处理子系统、污泥深度处理子系统、污泥综合干化处理子系统中的机电设备进行电气控制操作。
4.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述网格状智能传感器网络包括传感器网络协调主机、智能双线型传感器，各个子系统按照网格方式布局，所述智能双线型传感器布局到各个子系统，通过低功耗有线和无线传输方式，将采集到的各个子系统实时的运行状态数据及信息传递给所述传感器网络协调主机进行数据整理处理和存储。
5.根据权利要求4所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：智能双线型传感器包括用于温度、湿度、空气质量、可燃气体、压力、流量、PH值、氧含量、声压和图像监测的传感器。
6.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述计算机感官处理子系统包括计算机感官处理主机和信息数据预处理器，所述信息数据预处理器对来自传感器网络协调主机传送过来的各个子系统实时的运行状态数据及信息进行数据预处理；所述计算机感官处理主机对所述信息数据预处理器处理后的数据信息进行人工智能算法运算，转换成可由所述中央神经网络控制主机进行处理的机器听觉、触觉、视觉和嗅觉信息。
7.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述工作机器人子系统包括工作机器人控制调度主机、AGV无人搬运车、巡检机器人和多自由度操作臂作业机器人；
所述AGV无人搬运车，用于对设备及物料进行指定地点的运输；
所述巡检机器人包括仿生型机器人和自主控制旋翼飞行机器人；所述仿生型机器人包括用于充水后的输水管道以及储水罐体的巡检的鱼型仿生机器人，以及用于无水状态下的水管道和储水罐体以及电气线路的巡检的蛇形仿生机器人；所述自动控制旋翼飞行机器人用于对整个系统场地的空中巡检，并且自带用于管道泄漏破损和异常过热故障检测的高清晰图像传感器和红外传感器；
所述多自由度操作臂作业机器人包括有多自由度操作机械臂，用于设备操作、拆装和维保工作；
所述机器人控制调度主机，对系统中的AGV无人搬运车、仿生型巡检机器人和多自由度操作臂作业机器人进行任务调度指令的下达和工作状态的实时监控。
8.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述无人值守人工智能控制系统还包括与所述中央神经网络控制主机连接的智能仓储维修子系统。
9.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述智能仓储维修子系统智能仓储控制主机、智能维修操作平台和智能立体仓库；
所述智能维修操作平台包括电动升降平台、4自由度多功能机械臂、自动转换工具库、视觉图像识别器，用以对待维修设备的识别辨认、拆装和维修保养工作；
所述智能立体仓库包括有设备放置架、设备堆放机、调度控制主机，用以实现对所用设备备件以及替换件的自动出入库管理；
所述智能仓储控制主机，控制连接所述智能维修操作平台和所述智能立体仓库。
10.根据权利要求1所述的用于生化污泥脱水干化工艺的无人值守人工智能控制系统，其特征在于：所述污泥预处理子系统包括拦污栅、污泥泵、污泥储池、污泥调理池、调理药剂储罐、计量泵、电动搅拌机和管道滤水器；
所述污泥深度处理子系统包括管道混合器、污泥处理缓冲罐、深度处理药剂罐、污泥泵和计量泵；
所述污泥综合干化子系统包括高压污泥泵、高压压滤机、高压空气站、高压水站、真空负压站和卸料传输机。
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